应用研究
与皮
基于FPGA的电压控制LC振荡器的设计研究
万留杰1周晓娟2
（1.河南机电高等专科学校电气工程系河南新乡453002：2.河南机电职业学院电子工程系河南郑州450002）
摘要：文章设计了一种基于FPGA的电压控制LC额荡器，频率可调整的LC振荡器利用可史电客值的二极管构成，由镇相环频率合成器 MC145152行控制电压，以FPGA+单片机作为整个系统的测控部分，采用硬件描速语言进行各功能模块的编程，最后对程序进行编译和功能仿真，给出仿真结果，验证系统设计的正确性。
关键调：VHDLFPGA电压控制LC振荡器仿真
中图分类号：TN752 1、系统设计要求
文献标识码：A
文章编号：1007-9416(2011)09-0056-02
选用变容二极管并加上一个反向控制电压，就可实现报荡器的频率
设计基于FPGA的电压控制LC震荡器，其具体要求如"下：(1) 荡器输出的正弦波不能有明显的失真。（2)报荡器输出频率范围： 12~30MHz.(3)频率稳定度输出要高于0.001。(4)输出电压峰峰值：1V±0.2V(5)能够实现输出频率的步进及图像显示，步进的间
隔为100KHz。(6)设计要求频率可以实时测量，并且可以显示。 2、系统设计总体方案
据以上系统的设计要求，本系统可分为两大部分：基于FPGA 的电压控制LC振荡源电路及压控LC振荡源的测量控制和显示电路。其中电压型控制LC振荡源电路部分综合考虑各方面的因索，本系统频率可调整的LC报荡器拟利用可变电容值的二极管构成，由锁相环频率合成器MC145152进行控制二极管的电压。压控LC振荡源的测控和显示电路部分考患到单片机具有很好的人机接口和运算控制功能，而FPGA/CPLD具有集成度高，I/O资源丰富，稳定可靠，可现场在线编程等优点，本系统拟用FPGA/CPLD和单片机相结合，构成整个系统的测控主体，FPGA主要完成对频率的测量及对锁相环频率合成器MC145152的直接控制，而AT89C51单片机则主要针对链盘处理和各工作状态的串行显示，另外还配合FPGA测
量控制频率的预置！。整个系统的总体原理框图如图1所示。 3、电压控制LC振落器的设计
电压控制LC振荡器主要包括4个部分：压控LC振荡电路、 MC145152锁相环电路、精度达10-的温补晶体基准频率发生电路、 LM258组成的电压比较器电路。
3.1压控LC震荡电路（VCO）
压控LC震荡电路(VCO)一般由分立元件电感和电容组成。由于可变电容二极管的结电容随反向电压的增加而减少，固此若电容
日日日日
自
74 LS 164 3.9-3
068
2.5-2. P3-2 2.1-2. RET
3 材方数据
日 FIN FPGA
日
日
V-SVON-EN
MC145152
的改变。若L一定，则报荡器频率的调节范围由二极管的容量变化范围决定。设不加电压U。时报荡器的输出频率为。，频率的可变范围是4Y，变容二极管的变容范围是AC，电路固有电容为C，则满足公式4V／J。=1/2（△C/C）。要满足15-35MHz的变频范图，L取 330nH，则变容二极管在2-10V的容量范围应为30~380pF。
具体计算过程如下：
根据图可得振荡回路中的等效电容为 C=33.3+100×C
（C为变容二极管的结电容）
100+C
当f=15MHz时，由了=1/(2元/)可得
100C×10-)
1515000000 =1/(2#,/330×10-×(33.3 +
100+C
解方程得C,=375Pt。
当f=35MHz时，可用同样的方法求得C，=30pF。
因此本设计中振荡频率为15~35MHz，所需变压器二极管的结电容范围为30-375pF。
3.2锁相环及其工作原理
本设计中锁相环选用摩托罗拉公司生产的锁相环频率合成器专用芯片MC145152参考晶报产生的参考频率输人OSCin，再经过内部R分频器分频产生信号J.给鉴相器作为基准频率。而VCO的检测频率经耦合输人人，再经过一个反相器输人双模分频器，经过 N=NP+A分频后输出J。J.送到鉴相器与户主故意把频率J。进行比较，当与基准频率存在误差时，鉴相器就会输出一处理信号ΦR、ΦV，这个信号经过衰减滤波后送给电压比较器LM258。 LM258将产生一个误差纠正电压作为压控振荡器的Uc，从而改变 VCO内变容二极管的电容值，继面改变VCO的频率，直到鉴相器的
MK FIN
DSCEN
RA 2-RA 0LD
大
图1系统总体原理框图
ROUT
12.8N